一种单相光伏并网逆变器控制装置制造方法及图纸

一种单相光伏并网逆变器控制装置，是一种能够将太阳能转化为电能的系统而进行主动控制的装置，其中主要包括接口电路、模数转换芯片、FPGA模块、DSP模块。该装置主要是将从PV(Photovoltaic)获取的直流电压和电流信号、以及从市网获取的交流电压和电流信号通过接口电路和模数转换芯片再后进入DSP，然后DSP模块按照一定的控制算法生成控制量传给FPGA模块，FPGA模块根据控制量和电流信号进行PWM调制，产生与电网电压同频、同相所需的控制电流，从而实现对逆变器的主动控制。本实用新型专利技术不但具备很强的数据处理能力，而且实现了对逆变器的数字控制器与数字功放的集成化设计，使得整个装置的智能化程度大大提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种单相光伏并网逆变器控制装置，用于将PV发出的直流电转化为和 电网电压同频、同相的交流电，从而既可向负载供电，又向电网发电的一个系统装置。特别 适用于太阳能比较充足的地方，尤其对于家庭式住宅而言，配备光伏发电系统，可缓和白天 电力紧张的局面，而且能提高电网功率因素和降低线路损耗。
技术介绍
在当今的世界经济发展格局下，人类对能源的需求在不断增长，能源的可持续发 展越来越得到人们的重视，太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其它新能源相比利 用最大，是最理想的可再生能源。逆变技术作为开发新能源的关键技术，它将太阳能电池的 电能变换成交流电能进行并网发电。并网逆变器装置作为太阳能电池与电网的接口装置， 在新能源的开发和利用中有着至关重要的作用，利用光伏发电，具有明显的优点：1、结构简 单，体积小且轻;2、容易安装运输，建设周期短;3、维护简单，使用方便;4、清洁、安全、无噪 声;5、可靠性高，寿命长，并且应用范围广。 目前光伏发电系统中的并网逆变器的输出可W控制为电压源或者电流源。若控制 并网系统的输出为一个交流电压源，则太阳能并网系统和电网实际上就是两个交流电压源 的并联。为了保证系统的稳定运行，则必须同时严格控制并网系统输出电压的幅值和相位， 由于输出电压幅值不易精确控制，并且锁相回路的响应速度较慢等原因，运种并网系统和 电网之间可能会出现环流，系统不能稳定运行，甚至会发生故障，因此，电压型的电流源系 统是光伏并网系统常常设计的必然选择，运样并网系统和电网实际上就是一个交流电流源 和电压源的并联。逆变器的输出电压幅值自动被巧位为电网电压，通过采用锁相控制技术 实现并网电流与电网电压的相位同步，保证系统输出的功率因数为1。实际系统中，还可W 通过调整并网系统输出电流的大小及相位来控制系统的有功输出与无功输出。 目前最大功率点跟踪电路的控制方法有许多种，常见的有固定电压法、扰动观察 法、增加电导法等。此外，研究人员还将模糊控制、滑模控制等控制方法应用于最大功率点 跟踪控制并取得了一定的研究成果。但上述方法均能实现对光伏器件最大输出功率的跟踪 调节，但都存在如下的缺陷： (1)跟踪时间很短，跟踪不稳定，不能满足运行复杂控制算法的实时性要求； (2)在该装置在阳光不强或者夜间不能发电的情况下自损耗大。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题:克服现有逆变器装置的跟踪时间比较短，跟踪不是很稳 定，不能满足运行复杂控制算法的实时性要求和自损耗大的缺点，本装置提供一种高转换 效率，高可靠性，智能化的数字控制装置。[000引为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种单相光伏并网逆变器 装置，包括： 与电流信号模数转换忍片和电压信号模数转换忍片均相接的输入信号接口电路， 用于将电压传感器检测到的交、直流输入的电压信号转换成0~3.3V的方波信号，和用于将 电流传感器检测到的交、直流输入的电流信号转换成0~3.3V的电压信号； 电压信号模数转换忍片和电流信号模数转换忍片均通过电平转换忍片1与FPGA模 块相接，用于对电流和电压信号进行采样，得到数字化的电流和电压信号；[OOW DSP模块与FPGA模块相接，对FPGA模块得到的电压信号和FPGA模块得到的电流信 号的采样结果进行运算处理，得到功率模块所需的控制量； 所述FPGA模块用于控制电流和交流电压信号的采样;根据DSP给定的控制量从而 结合电流采样的信号进行Pmn周制；同步信号采用过零比较器检测信号负向过零点，并向 DSP发出中断请求信号，两次中断之间的时间就是信号的一个整周波从而确定系统的频率， 从而对PWM信号进行处理，保护功率模块； 功率模块，根据FPGA模块给定的控制量驱动相应的全桥式换能电路，从而控制逆 变器输出的电流跟随DSP给定的控制量变化。 在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案:所述的DSP模块包括DSP忍片， 与该DSP忍片相接的外扩Flash存储器、外扩RAM。 在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案:所述的FPGA模块包括配置忍片 W及与该配置忍片相接的FPGA忍片，且FPGA模块与DSP模块并行工作。 在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：由FPGA模块完成S个通道6路 PWM信号的独立调制。 在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案:所述的电网的过流、过溫、过、 欠压、过、欠频等保护与全桥式换能电路上、下桥臂的防直通功能均由FPGA模块来完成。 本专利技术的原理:FPGA忍片根据设定的采样电压触发模数转换忍片对电压信号和电 流信号进行采样，转换结果读入FPGA忍片中的RAM中。当有交流电压脉冲时，同步信号采用 过零比较器检测信号负向过零点，并向DSP发出中断请求信号，两次中断之间的时间就是信 号的一个整周波从而确定系统的频率，DSP从FPGA忍片中读取交流电压的频率值，然后执行 控制算法得到控制量，将控制量传给FPGA，FPGA忍片根据DSP忍片给定的控制量结合电流信 号采样值执行功率模块的控制算法，进行6路PWM调制，对PWM信号进行防止全桥式换能电路 上、下桥臂直通处理。如果没有过流、过压、欠压、过频、欠频、过溫等保护信号产生，将PWM信 号照常输出；当检测到过流、过压、欠压、过频、欠频、过溫等保护信号后将对应通道的PWM 信号进行封锁。功率模块首先通过高速光禪对FPGA模块输出的PWM信号进行强弱电信号的 隔离，降低强电信号对控制器的干扰，隔离后的PWM信号经IR2110驱动全桥式换能电路四个 功率管IRF3710的导通与关断，从而在装置中得到需要的控制电流，实现逆变器系统的主动 控制。本专利技术与现有技术相比的优点在于:本专利技术利用高性能的DSP忍片TMS320F28335 来构建整个系统控制算法的执行核屯、，选用FPGA忍片XC3S50来完成功率模块的控制。与现 有逆变器普遍采用的模拟控制器和数字控制器相比具有W下特点： (1)较传统的W运算放大器为核屯、的模拟控制器而言，本专利技术具有数字控制器的 优点：调试灵活、方便、体积小、重量轻、便于实现复杂的控制算法。较现有DSP为核屯、的数字 控制器而言，本数字控制器的数据处理能力显著提高，能够满足复杂控制算法的实时性要 求。 (2)本专利技术所采用的电路结构省去了现有数字控制装置中的D/A环节W及模拟功 放中的HVM产生电路。用FPGA忍片作为功率模块的HVM调制电路，使得功率模块的S个通道 可W并行处理，大大减小了系统的延时，保证了数字控制装置的系统延时，提高了系统高转 速时的稳定性。 (3)采用FPGA忍片作为模数转换忍片的控制器，并且实现电网电压频率的逻辑。运 种设计使得DSP忍片只用于运算，FPGA忍片作为功率模块的控制器，充分发挥了每个模块的 优点，使得系统的性能有了很大提高。 (4)DC/DC变换器采用了 boost变换器，boost变换器W电压源的方式向负载放电， 实现负载电压升高和跟踪最大功率点的目的。boost变换器的结构和控制较为简单，具有较 高的效率，将光伏电池直接接到boost变换器的输入端，就可W进行光伏电池板的最大功率 跟踪。在并网系统中，boost变换器做MPPT控制器是比较理想的选择，它是升压电路，运样光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相光伏并网逆变器控制装置，其特征在于：包括：与电流信号模数转换芯片(16)和电压信号模数转换芯片(13)均相接的输入信号接口电路(15)，用于将电压传感器检测到的交、直流输入的电压信号转换成0～3.3V的方波信号，和用于将电流传感器检测到的交、直流输入的电流信号转换成0～3.3V的电压信号；电压信号模数转换芯片(13)和电流信号模数转换芯片(16)均通过电平转换芯片1(12)与FPGA模块(7)相接，用于对电流和电压信号进行采样，得到数字化的电流和电压信号；DSP模块(8)与FPGA模块(7)相接，对FPGA模块(7)得到的电压信号和FPGA模块(7)得到的电流信号的采样结果进行运算处理，得到功率模块所需的控制量；所述FPGA模块(7)用于控制电流和交流电压信号的采样；根据DSP给定的控制量从而结合电流采样的信号进行PWM调制；同步信号采用过零比较器检测信号负向过零点，并向DSP发出中断请求信号，两次中断之间的时间就是信号的一个整周波从而确定系统的频率，从而对PWM信号进行处理，保护功率模块；功率模块(19)，根据FPGA模块(7)给定的控制量驱动相应的全桥式换能电路，从而控制逆变器输出的电流跟随DSP给定的控制量变化。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周皓，陈小忠，
申请(专利权)人：嘉兴金尚节能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33